直放站射頻指標解析

摘要：直放站是一種用于擴大無線信號覆蓋范圍的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于移動通信網(wǎng)絡(luò)中。射頻指標是衡量直放站性能的關(guān)鍵參數(shù)，主要包括頻率范圍、增益、噪聲系數(shù)、三階交調(diào)點、輸入輸出功率等。文章介紹了有線直放站和無線直放站的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及它們在不同場景中的應(yīng)用；然后解析了直放站設(shè)備的射頻指標，包括輸出功率、頻率誤差、帶寬等，并給出了具體的測試方法；最后總結(jié)了直放站檢測的一些測試經(jīng)驗，包括選擇合適的信號源、線路校準、設(shè)置正確的解調(diào)模式等，以幫助生產(chǎn)企業(yè)準確自測。

關(guān)鍵詞：直放站；射頻；指標

一、引言

根據(jù)我國2023年通信業(yè)統(tǒng)計公報顯示，截至2023年底，全國移動通信基站總數(shù)達1162萬個，其中5G基站為337.7萬個，占移動基站總數(shù)的29.1%，占比較上年末提升7.8個百分點[1]。可見當前階段，我國民眾通信方式仍然以4G通信為主，5G通信為輔。隨著《質(zhì)量強國建設(shè)綱要》《關(guān)于開展“信號升格”專項行動的通知》等一系列政策的發(fā)布，未來兩年內(nèi)4G、5G基站總數(shù)量，尤其是5G基站數(shù)量將會大幅度提升。直放站作為基站與終端之間的中繼放大設(shè)備，對加強信號延伸與提高信號覆蓋起著重要作用。其應(yīng)用場景廣，作為通信基礎(chǔ)設(shè)施在未來兩年的需求也必將急劇加大。

質(zhì)量強國與“信號升格”政策的實施，要求無論是產(chǎn)品制造方還是第三方檢測實驗室，都必須提升研發(fā)與測試能力，嚴格按照國家、行業(yè)相關(guān)標準進行產(chǎn)品研制與測試，保證上市產(chǎn)品質(zhì)量。

本文結(jié)合直放站測試工作經(jīng)驗，主要對LTE與NR直放站設(shè)備及其相關(guān)射頻指標進行解析。

二、直放站設(shè)備概況

直放站作為基站系統(tǒng)的擴展部分，本質(zhì)是一個雙向同頻信號放大器，主要作用在基站信號覆蓋邊緣及盲區(qū)，提高信號覆蓋范圍，具有低成本、易安裝、易維護及組網(wǎng)靈活等特點。當前，通過獲取基站源信號的方式，主要將直放站分為有線直放站與無線直放站。

有線直放站通常由近端機和遠端機兩部分組成。近端機放置在基站機房內(nèi)，接收基站源信號；遠端機放置在基站信號盲區(qū)，放大基站信號。遠端機通過光纖等方式與近端機相連接。單個近端機可與多個遠端機相連，從而實現(xiàn)基站源信號的放大及多范圍遠端覆蓋。該類型直放站一般應(yīng)用于地下停車場、地鐵、隧道等地下封閉場景。

無線直放站通常是一臺集信號收發(fā)與放大于一體的設(shè)備。其通過主天線接收基站源信號，再對基站源信號進行帶通濾波、低噪聲放大、濾波等處理，最后將處理過的信號由功率放大器放大到指定功率水平，通過重發(fā)天線發(fā)射覆蓋到信號弱區(qū)、盲區(qū)。該類型直放站一般應(yīng)用于商場、圖書館、體育館、劇院、高鐵站等信號弱的場景。

三、直放站設(shè)備射頻指標解析

（一）直放站技術(shù)要求與標準規(guī)范

當前階段，LTE、NR制式的直放站需求持續(xù)增加。為了保證直放站通信性能，其應(yīng)滿足相應(yīng)的技術(shù)要求與標準規(guī)范。

對于TD-LTE、LTE FDD制式的直放站，需分別按照YD/T 3633-2020與YD/T 3634-2020中測試方法進行檢測；對于NR制式的直放站，則需參考3GPP TS 38.141-1中測試方法進行檢測。除了滿足上述規(guī)范要求外，部分指標還需滿足我國相關(guān)法規(guī)文件要求。

（二）直放站傳導(dǎo)射頻檢測項目

LTE、NR直放站對應(yīng)所需傳導(dǎo)射頻檢測項目如表1所示。

由上述指標可見，直放站作為一個信號放大中繼設(shè)備，本文希望的是信號經(jīng)過該設(shè)備后，只是對所工作頻段信號進行功率放大，而不改變信號的波形、頻率，同時在其運行過程中不能對其他頻段通信設(shè)備造成

干擾。

（三）直放站測試連接方式

綜合相關(guān)標準，所需試驗連接方式主要分為兩種。

如圖1所示，該試驗連接圖主要適用于輸出功率、最大增益容限、頻率誤差、OBW、ACLR、EVM、頻率范圍、帶外無用發(fā)射、通用雜散發(fā)射、特殊頻段保護等檢測項目。

如圖2所示，該試驗連接圖主要適用于輸出互調(diào)檢測項目。

需要注意的是，對于LTE與NR的TDD頻段，需要額外將信號源與信號分析儀接上時鐘同步線，以保證兩設(shè)備之間的TDD信號同步。

（四）信號分析儀的選擇與應(yīng)用

上述使用到的信號分析儀，通常為頻譜儀。目前常見的頻譜儀為Keysight公司的N9030系列和Ramp;S公司的FSW系列。這兩類頻譜儀均具有強大的信號分析能力。

針對上述提到的直放站指標，輸出功率、最大增益容限、頻率誤差、OBW、ACLR、EVM、頻率范圍等檢測項目均可在頻譜儀中對應(yīng)制式的解調(diào)選件中進行測試，且測試結(jié)果直觀、簡潔。通常檢測人員只要搭建好線路、設(shè)置線損補償、選擇正確的解調(diào)模式與限值要求，便可快速得到相關(guān)指標結(jié)果。

帶外無用發(fā)射、通用雜散發(fā)射、特殊頻段保護等檢測項目，則可直接在頻譜儀的掃頻模式下進行測試，即在標準規(guī)定的頻率范圍上去觀察信號的功率值。在掃頻模式下觀察信號，也能初步了解產(chǎn)品性能。比如，產(chǎn)品發(fā)出一段主頻信號，工作人員可以在掃頻模式下初步判斷該產(chǎn)品是否會有相應(yīng)諧波產(chǎn)生。如果該產(chǎn)品主頻外有諧波產(chǎn)生，那它可能會對其余頻段工作的通信設(shè)備造成干擾，這種情況必然不符合相關(guān)標準要求。這時便可根據(jù)觀測結(jié)果分析產(chǎn)品電路可能的原因，通過在產(chǎn)品設(shè)計中加入相關(guān)濾波器等方式進行改進。

對于直放站檢測來說，需要使用特定的波形進行試驗。其中LTE直放站傳導(dǎo)射頻檢測項目測試波形如表2所示，NR直放站傳導(dǎo)射頻檢測項目測試波形如表3所示。

輸出互調(diào)檢測項目，主信號使用上表所示測試波形，LTE干擾信號應(yīng)使用帶寬為5 MHz的E-TM1.1信號，NR干擾信號應(yīng)使用帶寬為10 MHz、SCS為15 kHz的NR信號。

（五）直放站檢測的測試經(jīng)驗

由于標準僅闡述了試驗原理及指標要求，而實際試驗環(huán)境搭建好后，要能準確得到測量結(jié)果仍需注意許多細節(jié)，現(xiàn)總結(jié)一些測試經(jīng)驗如下。

第一，得到準確試驗結(jié)果的前提是信號源能夠準確發(fā)出標準所規(guī)定測試信號。因此，可選用Keysight或Ramp;S公司的中高端信號源作為試驗信號源，通過其自帶信號波形制作軟件生成相應(yīng)標準規(guī)范信號。

第二，所搭建的線路，均需要進行線路校準。

第三，測試調(diào)制解調(diào)性能時，信號分析儀應(yīng)選擇正確的解調(diào)模式，對TDD信號，信號源與信號分析儀之間需接上時鐘同步線，且信號分析儀需打開對應(yīng)時鐘端口觸發(fā)器，設(shè)置正確的觸發(fā)時延，確保儀表所分析信號處于發(fā)射狀態(tài)。否則無法獲取到信號流，也就無法正確解調(diào)所需信號。

第四，經(jīng)過直放站發(fā)射出的信號，是功率放大后的信號。信號分析儀長期工作在大功率信號模式下易造成其內(nèi)部接收元器件損壞，使用時應(yīng)注意接衰減器，并適當增大儀表內(nèi)部衰減，待驗證功率穩(wěn)定后再進行合適的調(diào)整。

第五，直放站設(shè)備為雙向傳輸設(shè)備，因此要注意在所使用信號源輸出端口前接入單向器，避免直放站直接對信號源發(fā)送信號。

第六，即使在試驗線路中也要加入衰減器對儀表進行保護，但如果輸出功率為50 dBm（約100 W）的大功率設(shè)備，還需使用特定的大功率衰減器，否則常用的小功率衰減器會因承受不住大功率輸入而損壞。

四、結(jié)束語

直放站作為現(xiàn)有基站系統(tǒng)的必要補充，是運營商低成本消除信號盲區(qū)的主要部署方案，其產(chǎn)品質(zhì)量也關(guān)系到“信號升格”政策實施的質(zhì)量。相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)可通過本文了解當前對應(yīng)標準及技術(shù)要求，結(jié)合文中總結(jié)的實際測試經(jīng)驗，企業(yè)能夠在自主實驗室進行準確自測。

作者單位：蔡昊 王麗麗 向欣 李煦 重慶信息通信研究院

參考文獻

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